海豚，鯨魚和其他鯨類很容易受到與人類相同的健康危害，包括汞，短毒素(如赤潮)和小葉霉病。它們還是重要的哨兵物種，以突出與環(huán)境和公共衛(wèi)生相關(guān)的問題。然而，了解這些水生哺乳動物如何對抗致病病原體，如何適應(yīng)不斷變化的致病威脅，以及如何觸發(fā)其免疫反應(yīng)一直是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。

佛羅里達(dá)大西洋大學(xué)研究人員最近發(fā)表的兩篇論文揭示了鯨類動物如何在不斷變化的病原體群落的進(jìn)化“軍備競賽”中爭奪生存。由于致病威脅和傳染病風(fēng)險的變化，鯨魚和海豚必須適應(yīng)這些變化。今天的問題是他們能夠快速適應(yīng)嗎?

在PLOS One發(fā)表的一項(xiàng)開創(chuàng)性研究中，F(xiàn)AU海港分支海洋研究所的研究人員發(fā)現(xiàn)，鯨類動物在這種進(jìn)化軍備競賽中使用了幾種策略來取得成功。脊椎動物的免疫反應(yīng)是通過一系列快速進(jìn)化的基因介導(dǎo)的，稱為主要組織相容性復(fù)合體或MHC。MHC作為對抗病原體的早期預(yù)警系統(tǒng)，不僅可以發(fā)出警報，還可以激活武裝反應(yīng)。為了做到這一點(diǎn)，MHC蛋白質(zhì)需要能夠在分子水平上區(qū)分“朋友”和“敵人”。類似于鎖定和鎖定機(jī)制，個體的MHC“鎖定”必須能夠與病原體的肽“鑰匙”結(jié)合以啟動防御序列。

FAU團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，這些鯨目動物不僅保留了鎖類型中的遺傳多樣性，即有助于引發(fā)免疫反應(yīng)的結(jié)合口袋的構(gòu)象，它們還在如何調(diào)節(jié)許多產(chǎn)物的生產(chǎn)中選擇多樣性。需要的鎖。MHC受到調(diào)節(jié)以防止過多的活動，其中免疫系統(tǒng)可能攻擊自己的細(xì)胞以及活動太少，其中免疫系統(tǒng)不會快速或強(qiáng)烈地對真實(shí)威脅作出反應(yīng)。

“這是鯨類群體中第一次嘗試使用MHC構(gòu)象和調(diào)節(jié)遺傳變異作為疾病易感性的早期指標(biāo)，”該研究的第一作者，F(xiàn)AU海港分部研究員Heidi JT Pagan博士說。

異教徒和合作者希望為鯨目動物開發(fā)更全面的MHC標(biāo)記系統(tǒng)，并結(jié)合傳統(tǒng)和下一代測序方法進(jìn)行基因分型。他們應(yīng)用這種標(biāo)記系統(tǒng)來研究在對比的河口和海洋生境中塑造海豚MHC多樣性的進(jìn)化和人口力量。

通過將這些遺傳數(shù)據(jù)與由Torrey Pines分子研究所的Colette T. Dooley博士開發(fā)的免疫蛋白質(zhì)組學(xué)方法相結(jié)合，研究人員現(xiàn)在對鯨魚和海豚如何繼續(xù)適應(yīng)其當(dāng)前狀況有更為全面的了解。致病環(huán)境。

Dooley應(yīng)用免疫遺傳學(xué)和免疫蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)并對組合文庫進(jìn)行建模，以確定在佛羅里達(dá)州的河口和沿海寬吻海豚中發(fā)現(xiàn)的MHC 能夠識別哪種類型的肽(“關(guān)鍵”)。從那里，她使用生物信息學(xué)來確定哪些微生物可能產(chǎn)生這些特征分子。

“我們第一次明確了解所涉及的病原體，現(xiàn)在我們已經(jīng)制定了研究團(tuán)隊(duì)的路線圖，以便研究其他物種，包括人類，以便用于實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，”Dooley說道，他在FAU上發(fā)表了這些研究結(jié)果。八月份參加PLOS One的團(tuán)隊(duì)。“這些見解將使我們能夠改善對這些暴露于特定疾病威脅的鯨目動物的人口健康預(yù)測。”

寬吻海豚棲息在佛羅里達(dá)州大西洋沿岸的近岸水域以及許多河口，海灣和瀉湖中，包括256公里長的印度河瀉湖(IRL)河口系統(tǒng)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)沿海種群在人口統(tǒng)計(jì)學(xué)和遺傳學(xué)上與許多這些種植和瀉湖種群不同，盡管一些基因流動和運(yùn)動也已被記錄。

化學(xué)污染，高營養(yǎng)輸入，鹽度下降，海草棲息地喪失和富營養(yǎng)化都導(dǎo)致IRL河口系統(tǒng)的棲息地質(zhì)量不佳。對于幾種鯨目動物，已經(jīng)記錄了種群之間的差異甚至個體對疾病的易感性，并且通常與免疫抑制污染物的濃度有關(guān)。

“通過這些突破，我們現(xiàn)在終于擁有了幫助野生動物管理者和衛(wèi)生專業(yè)人員從個體動物如何設(shè)計(jì)識別環(huán)境中的微生物分子并發(fā)起免疫反應(yīng)的角度評估疾病風(fēng)險的工具，”研究小組負(fù)責(zé)人說。 Greg O'Corry-Crowe，博士，F(xiàn)AU海港分公司的研究教授。“我們現(xiàn)在需要將這些工具直接帶入現(xiàn)場并將其應(yīng)用于其他物種。”

2013年，不同數(shù)量的大西洋寬吻海豚在佛羅里達(dá)州東海岸一直死亡，一直到佛羅里達(dá)群島。然而，墨西哥灣的海豚并未受到影響。這向研究人員表明，多種因素可能影響疾病傳播的空間變異，并在不同程度上影響鄰近人群。

“雖然我們已經(jīng)了解了很多關(guān)于'鎖'脊椎動物種群所具有的變異，但我們對迄今為止對致病'鑰匙'的確認(rèn)知之甚少，”O'Corry-Crowe說。

“這一問題已成為將MHC多樣性研究應(yīng)用于野生種群應(yīng)對疾病威脅能力的實(shí)際評估的巨大障礙。”